【正文】 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)設(shè)計方案1． 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的組成與認(rèn)識一、系統(tǒng)簡介THPCAT2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置是基于PROFIBUS和工業(yè)以太網(wǎng)通信協(xié)議，在傳統(tǒng)過程控制實(shí)驗(yàn)裝置的基礎(chǔ)上升級而成的新一代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。整個實(shí)驗(yàn)裝置分為控制系統(tǒng)和控制對象兩部分，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖11所示：圖11 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制對象總貌圖如圖12所示。二、系統(tǒng)組成實(shí)驗(yàn)裝置對象主要由網(wǎng)孔板、不銹鋼儲水箱、有機(jī)玻璃水箱、電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成)、純滯后盤管等組成。在實(shí)驗(yàn)屏的下面布置有儲水箱和兩套供水系統(tǒng)。兩路獨(dú)立的供水系統(tǒng)（主副回路），分別由兩只獨(dú)立的水泵驅(qū)動供水，主回路采用現(xiàn)場總線儀表，副回路采用常規(guī)儀表。主要包括磁力泵、電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計、渦輪流量計、壓力變送器、液位變送器、差壓變送器、溫度傳感器等。管路系統(tǒng)采用快速連接管道，可以自由拆裝組合，管路中設(shè)置了電磁閥，可以實(shí)現(xiàn)手自動切換。在調(diào)節(jié)閥的旁路設(shè)計有旁路閥。圖12 控制對象總貌圖1. 被控對象（1）水箱包括大容積的不銹鋼儲水箱1套、有機(jī)玻璃工作水箱4只，容積大于40升。有機(jī)玻璃工作水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅實(shí)耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。儲水箱內(nèi)部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，以防雜物進(jìn)入水泵和管道。除此之外，儲水箱還設(shè)計了液位報警保護(hù)系統(tǒng)，以免水泵空轉(zhuǎn)而影響水泵的使用壽命。(2) 加溫鍋爐及盤管不銹鋼加溫鍋爐，包括加熱層（加溫內(nèi)筒）和冷卻層（冷卻夾套），均由不銹鋼精制而成，可利用它進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)的純滯后盤管，為了確保大滯后時間常數(shù)，設(shè)計長度達(dá)20多米，管徑為15mm。2. 檢測裝置壓力傳感器、變送器：采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通信協(xié)議的壓力傳感器和工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，擴(kuò)散硅壓力變送器含不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。壓力傳感器用來對上、下水箱的液位進(jìn)行檢測，因?yàn)闉槎€制，故工作時需串接24V直流電源。溫度傳感器：本裝置采用五個Pt100傳感器，分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套以及盤管的水溫。五個Pt100傳感器的檢測信號中檢測鍋爐內(nèi)膽溫度的一路到SIEMENS帶PROFIBUSPA通信協(xié)議的溫度變送器，直接轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號；另外四路經(jīng)過常規(guī)溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成4～20mADC電流信號。 Pt100傳感器精度高，熱補(bǔ)償性能較好。流量傳感器、轉(zhuǎn)換器：流量傳感器分別用來對調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路及盤管出口支路的流量進(jìn)行測量。渦輪流量計型號：LWGY10，流量范圍：0～，精度：%。輸出：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號。本裝置采用兩套流量傳感器、變送器分別對變頻支路及盤管出口支路的流量進(jìn)行測量，調(diào)節(jié)閥支路的流量檢測采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通信接口的檢測和變送一體的電磁式流量計。3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)閥：采用SIEMENS帶PROFIBUSPA通信協(xié)議的氣動調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。它具有精度高、體積小、重量輕、推動力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。由CPU直接發(fā)送的數(shù)字信號控制閥門的開度，本氣動調(diào)節(jié)閥自動進(jìn)行零點(diǎn)校正，使用和校正都非常方便。變頻器：本裝置采用SIEMENS帶PROFIBUSDP通信接口模塊的變頻器，其輸入電壓為單相AC220V，輸出為三相AC220V。水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為16CQ8P，流量為32升/分，揚(yáng)程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。其中一只為三相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動?？梢葡郤CR調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號。輸出電壓用來控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。 電磁閥：在本裝置中作為氣動調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號為：2W16025 ；工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2 ；工作溫度：－5～80℃。4. 控制器控制器采用SIEMENS公司的S7300 CPU，型號為3152DP，本CPU既具有能進(jìn)行多點(diǎn)通信功能的MPI接口，又具有PROFIBUSDP通信功能的DP通信接口。5. 空氣壓縮機(jī)用于給氣動調(diào)節(jié)閥提供氣源，電動機(jī)的動力經(jīng)連桿帶動活塞做往復(fù)運(yùn)動，使汽缸、活塞、閥組所組成的密閉空間容積產(chǎn)生周期變化，完成吸氣、壓縮、排氣的空氣壓縮過程，壓縮空氣經(jīng)繞有冷卻翅片的排氣銅管、單向閥進(jìn)入儲氣罐?？諌簷C(jī)設(shè)有氣量自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當(dāng)儲氣罐內(nèi)的氣壓超過額定排氣壓力時，壓力開關(guān)會自動切斷電源使空壓機(jī)自動停止工作，氣壓開關(guān)自動復(fù)位，空壓機(jī)又重新工作，使儲氣罐內(nèi)壓縮空氣壓力保持在一定范圍內(nèi)。三、總線控制柜總線控制柜有以下幾部分構(gòu)成：1．控制系統(tǒng)供電板：該板的主要作用是把工頻AC220V轉(zhuǎn)換為DC24V，給主控單元和DP從站供電。2．控制站：控制站主要包含CPU、以太網(wǎng)通信模塊、DP鏈路、分布式I/O DP從站和變頻器DP從站構(gòu)成。3．溫度變送器： PA溫度變送器把PT100的檢測信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量后傳送給DP鏈路。四、系統(tǒng)特點(diǎn)l 被控參數(shù)全面,涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)。l 本裝置由控制對象、綜合上位控制系統(tǒng)、上位監(jiān)控計算機(jī)三部分組成。l 真實(shí)性、直觀性、綜合性強(qiáng)，控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場。l 執(zhí)行器中既有氣動調(diào)節(jié)閥，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置，調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有設(shè)定值階躍擾動外，還可以通過對象中電磁閥和手動操作閥制造各種擾動。l 一個被調(diào)參數(shù)可在不同動力源、不同執(zhí)行器、不同的工藝管路下演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣。l 系統(tǒng)設(shè)計時使2個信號在本對象中存在著相互耦合，二者同時需要對原獨(dú)立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進(jìn)行整定，或進(jìn)行解耦實(shí)驗(yàn)，以符合工業(yè)實(shí)際的性能要求。l 能進(jìn)行單變量到多變量控制系統(tǒng)及復(fù)雜過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。l 各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的實(shí)驗(yàn)軟件平臺上都可以實(shí)現(xiàn)。五、系統(tǒng)軟件系統(tǒng)軟件分為上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件兩部分，下位機(jī)軟件采用SIEMENS的STEP7，上位機(jī)軟件采用SIEMENS的WINCC，上、下位機(jī)軟件應(yīng)用介紹分別見附錄一、二。2. PROFIBUS DP總線開關(guān)量控制 LED燈的PLC控制及其實(shí)現(xiàn)一、設(shè)計目的掌握通過PROFIBUSDP總線讀取/控制開關(guān)量的原理與方法。掌握PROFUBUS開關(guān)量I/O系統(tǒng)的硬件配置方案。掌握STEP 7軟件的編程應(yīng)用流程。熟悉基本的PLC梯形圖編程語言。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. THPCAT2型現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置（控制柜內(nèi)部分）。2. 計算機(jī)及編程軟件STEP WINCC。3. 萬用電表一只。三、設(shè)計題目及要求 如右圖所示,選取現(xiàn)場總線控制柜中的32個綠色按鈕和32個橙色指示燈為實(shí)驗(yàn)對象。燈和按鈕信號連接到2個數(shù)字I/O模塊SM323中，每個SM323模塊包含16路DI和16路DO。SM331和分布式I/O模塊ET200M直接相連，ET200M掛接到PROFIBUSDP總線上，PROFIBUSDP總線上掛接有控制器CPU3152 DP（CPU3152 DP為PROFIBUSDP總線上的DP主站），從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場離散I/O信號與CPU之間的信號傳輸。32個按鈕按從上到下，從左到右的順序，～、～、～、～；32個指示燈按從上到下，～、～、～、～。 設(shè)計的基本目標(biāo)是通過PROFIBUSDP總線實(shí)現(xiàn)用按鈕對燈的亮、滅的控制，比如幾盞燈的逐一點(diǎn)亮或者以其它規(guī)律點(diǎn)亮或熄滅。在這個實(shí)驗(yàn)中，我設(shè)計的基本目標(biāo)是讓六個燈依次點(diǎn)亮然后再依次熄滅。本設(shè)計要求應(yīng)用STEP 7軟件，采用梯形圖語言編程。（STEP 7軟件的使用說明參見附錄一）通過STEP7軟件實(shí)現(xiàn)控制后，運(yùn)用WINCC組態(tài)軟件編寫界面(界面中組態(tài)